Der Darm im Weltraum: Wie sich Bakterien im Verdauungssystem von Astronauten verändern

Scott und Mark Kelly bei einem Pressetermin 2015 vor Scott

Scott und Mark Kelly bei einer Presseveranstaltung im Jahr 2015 vor Scotts fast einjährigem Aufenthalt auf der Internationalen Raumstation. Die Forscher verfolgten beide Zwillinge während der Mission und danach sorgfältig, um zu beobachten, wie sich Scotts Körper und seine Fähigkeiten durch die Raumfahrt veränderten. (Bildnachweis: NASA/Robert Markowitz)





Ein neues Werkzeug, das von Forschern der Northwestern University entwickelt wurde, zeigt, dass die Raumfahrt die Vielfalt der Bakterien im Darm von Astronauten konsequent verändert.

Das Tool namens Similarity Test for Accordant and Reproducible Microbiome Abundance Patterns (STARMAPS) wurde verwendet, um Daten aus verschiedenen Experimenten zu analysieren, einschließlich Proben von Mäusen, die an Der Spaceshuttle und der Internationalen Raumstation ISS, die Zwillingsstudie der NASA und erdbasierte Studien zu den Auswirkungen von Strahlung auf den Darm.

Eine breite Palette von Daten deutet darauf hin, dass die Mäuse auf dem Space Shuttle und der Raumstation ähnliche Veränderungen durchmachten wie der Astronaut Scott Kelly während seiner 11 Monate im Weltraum. Die neue Studie zeigt auch, dass diese Mikrobiomveränderungen höchstwahrscheinlich durch Mikrogravitation und nicht durch Strahlung verursacht werden, so eine Erklärung der Northwestern University in Illinois.



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'Strahlung hat definitiv einen Einfluss auf das Darmmikrobiom', sagte Martha Vitattera, Neurobiologin an der Northwestern University und Hauptautorin der Studie, in der Erklärung. 'Aber diese Effekte sehen nicht so aus, wie wir sie in der Raumfahrt gesehen haben.'

Die Studie untersuchte Mausproben der letzten amerikanischen Space-Shuttle-Mission STS-135, die 2011 gestartet wurde, sowie Proben von sieben verschiedenen Gruppen von Mäusen, die im Rahmen der Nasa-Mission Rodent Research, die begann, zur Raumstation geschickt wurden im Jahr 2014.



Mikrobiomveränderungen, die in den auf der Raumstation untersuchten Mäusegruppen beobachtet wurden, wurden mit einer Bodenkontrollgruppe verglichen, die in einer Umgebung lebte, die Weltraumlebensräume simuliert. Die Studie umfasste auch Daten einer Baseline-Gruppe und einer Laborgruppe, die in einer konventionellen Mausanlage untergebracht waren.

Darüber hinaus analysierten die Forscher Daten aus der Zwillingsstudie der NASA, in der die physiologischen Veränderungen des Astronauten Scott Kelly mit seinem erdgebundenen Zwilling Mark verglichen wurden, der ebenfalls ein Astronaut war.

Obwohl Forschungen gezeigt haben, dass die Raumfahrt signifikante Veränderungen in der Vielfalt der Bakterien im Darmmikrobiom verursacht, war die genaue Ursache der Veränderungen nicht ganz klar.



'Für diese Arbeit gab es keinen statistischen Ansatz', Viterna sagte in der Aussage . „Die Werkzeuge gab es nicht, also haben wir sie erfunden. Es ist ein klassischer Fall dafür, dass Not erfinderisch macht.“

Mit STARMAPS konnten die Forscher Muster identifizieren, in denen verschiedene Bakterienarten unter verschiedenen Bedingungen mehr oder weniger häufig vorkommen. Somit bietet das neue Tool einen viel umfassenderen Überblick darüber, wie sich die Raumfahrt auf das Darmmikrobiom von Astronauten auswirkt.

Die Studie zeigte ähnliche Veränderungen des Mikrobioms bei den Raumfahrt- und Bodenkontrollmäusen im Vergleich zu den anderen beiden Mäusegruppen. Daten aus dem Zwillinge studieren zeigte auch das gleiche Muster von Mikrobiomveränderungen bei Scott Kelly, der während der Zwillingsstudie seinen vierten Raumflug unternahm. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass die Veränderungen des Mikrobioms bei mehreren Raumflügen vergleichbar sind, sagten die Forscher.

„Wenn wir Menschen zum Mars oder auf langen Missionen zum Mond schicken, ist es wichtig, die Auswirkungen einer langfristigen Exposition der Weltraumumgebung auf uns zu verstehen – und auf die Billionen von Bakterien, die mit uns reisen“, Fred Turek , Co-Autor der Studie, die den Schlaf bei Northwestern erforscht, sagte in der Erklärung.

Es gab jedoch leichte Unterschiede in den Mikrobiomveränderungen, die zwischen den Gruppen der Raumfahrt- und Bodenkontrollmäuse beobachtet wurden, was darauf hindeutet, dass der Lebensraum eine Schlüsselrolle spielt.

Frühere Studien zu den Auswirkungen von Strahlung auf das Mikrobiom der Maus zeigen nicht das gleiche Muster der Mikrobiomveränderungen. Daher glauben die Forscher, dass die Mikrogravitation einen deutlichen Einfluss auf das Darmmikrobiom haben könnte, obwohl laut Aussage weitere Forschungen erforderlich sind.

'Das Verständnis der Faktoren, die diese Art von Mikrobiom-Veränderung reduzieren können, wäre nützliche Informationen - um die Auswirkungen von Stress auf die Erde auszugleichen', sagte Viterna in der Erklärung. 'Zu verstehen, welche genetischen Faktoren zu Unterschieden in Bakterienstämmen beitragen, ist nützlich, um Gegenmaßnahmen zu entwickeln, die Ihr Mikrobiom in stressigen Zeiten schützen können.'

Ihre Erkenntnisse waren veröffentlicht am 9. August in der Zeitschrift Microbiome.

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